1.315μm强激光反射镜膜系设计与热效应研究

摘要

本文首先从高反膜的设计原理出发，采用传统的四分之一波长膜系的设计方法，用TFCALC模拟设计软件设计出氧碘化学激光器(COIL)用的高反膜，给出强激光辐照下多层膜中的电场强度分布。由于短波长化学激光系统需要用多波长反射镜，根据氧碘化学激光器出射1.315μm红外光需要可见光进行调谐或引导的原则，因此采用双模堆设计的方法：在Si基片上以Si、SiO2作为高、低折射率材料，设计出结构为Si/(LH)101(LH)42/Air的适合COIL用的多层介质高反射膜系，其中H、L分别代表高折射率膜层Si层、低折射率膜层SiO2层，结构(LH)101指的是1.315μm膜堆，结构(LH)42指的是0.6328μm膜堆。理论模拟得出COIL在输出的中心波长1.315μm处的反射率达到了99.999％以上，能够满足兆瓦级化学激光器腔面介质膜所要求的水平；使调谐波0.6328μm的反射率达到99.2％以上，超过调谐波所要求达到的反射率(95％)。
　　由于热效应是影响强激光反射镜性能的重要因素，首先由热传导理论知识推导出不同坐标系下的热传导微分方程，求解出多膜层温度分布以及激光损伤阈值数学表示式，用格林函数法计算了1.315μm高斯光束辐照下的硅基片的温度分布，绘制出在不同高斯激光能量下的温度场分布曲线；然后利用轴向热变形公式计算了硅基片的热变形，绘制出在不同激光能量下的热变形曲线；最后，根据薄膜的激光损伤阈值的计算公式，计算出了只有SiO2和Si两层薄膜时硅镜的激光损伤阈值，并绘制了损伤阈值随激光辐照时间的变化曲线。由硅基片的温度场分布和热形变结果，理论分析了镀膜后的温度场分布和热变形，由结果推测多层膜的热效应，从而得出高能激光反射镜热效应的损伤机理；最后分析总结了热效应对高能激光反射镜的损伤机理，为寻找适合氧碘化学激光器用的高能激光反射镜新材料、提高激光器的输出功率提供依据。